ابرها در زمانی شکل می‌گیرند که بخار آب (گاز نامرئی موجود در جو) به ذرات ریز معلق مانند گرد و غبار متصل شود و آنها را به قطرات آب مایع یا کریستال‌های یخی تبدیل کند. اخیراً مطالعه‌ای منتشر شده است که نشان می‌دهد میکروپلاستیک‌ها نیز می‌توانند مشابه این روند عمل کنند و در دماهای بالاتر از ۵ تا ۱۰ درجه سانتی‌گراد نسبت به نقاط عاری از میکروپلاستیک، کریستال‌های یخ را تولید نمایند.
به نقل از فرادید، این یافته‌ها نشان‌دهنده این است که میکروپلاستیک‌های معلق در جو ممکن است بر چرخه آب و هوا تأثیر بگذارند و باعث تولید ابرها در شرایطی شوند که به‌صورت طبیعی به وجود نمی‌آمدند.
شیمیدان‌های جوی تحقیق می‌کنند که چگونه انواع مختلف ذرات با آب مایع تعامل می‌کنند تا یخ ایجاد کنند. این فرایند که به‌طور مداوم در جو اتفاق می‌افتد، هسته‌زایی نام دارد.
ابرها در جوّ ممکن است از ترکیبی از قطرات آب مایع، ذرات یخ یا هر دو تشکیل شوند. در لایه‌های میانی تا بالایی اتمسفر، جایی که دما بین ۰ تا منفی ۳۸ درجه سانتی‌گراد متغیر است، کریستال‌های یخ عموماً در اطراف ذرات گرد و غبار معدنی ناشی از خاک‌های خشک یا ذرات بیولوژیکی مانند گرده و باکتری‌ها شکل می‌گیرند.
برخی از میکروپلاستیک‌ها در ابعاد میکروسکوپی هستند و دانشمندان آنها را در اعماق دریاهای جنوبگان، قله کوه اورست و برف تازه صدق جنوب یافته‌اند. این قطعات به دلیل اندازه کوچکشان به راحتی به جو منتقل می‌شوند.
اهمیت این موضوع چیست؟
یخ‌های موجود در ابرها تأثیرات قابل توجهی بر چرخه آب دارند، زیرا بسیاری از بارش‌ها به شکل کریستال‌های یخ آغاز می‌شوند.
در بسیاری از مناطق غیرگرمسیری، قله‌های ابر به اندازه کافی بالاتر از جو قرار دارند که هوای سرد رطوبت موجود در آنها را منجمد کند. به محض تشکیل یخ، بخار آب اطراف خود را به قطرات مایع می‌کشد و در نهایت کریستال‌ها به قدری سنگین می‌شوند که سقوط کنند. اگر یخ شکل نگیرد، ابرها بیشتر تمایل به تبخیر دارند تا بارش باران یا برف ایجاد نمایند.
کودکان در مدرسه می‌آموزند که آب در دمای ۳۲ درجه فارنهایت (۰ درجه سانتی‌گراد) یخ می‌زند، اما این قاعده همیشه برقرار نیست. آب بدون وجود هسته‌ای برای یخ‌زدن، مانند ذرات گرد و غبار، می‌تواند تا دمای منفی ۳۶ درجه فارنهایت (منهای ۳۸ درجه سانتی‌گراد) نیز قبل از یخ زدن فوق‌العاده سرد شود.
برای اینکه یخ در دماهای بالاتر شکل بگیرد، باید در قطره ماده‌ای که در آب حل نمی‌شود وجود داشته باشد. این ذره سطحی را فراهم می‌کند که نخستین کریستال یخ می‌تواند آنجا شکل بگیرد. در صورت وجود میکروپلاستیک‌ها، امکان تشکیل کریستال‌های یخ بیشتری فراهم می‌شود که ممکن است بارش باران یا برف را افزایش دهد.
ابرها به طرق مختلفی بر آب و هوا تأثیر می‌گذارند. آنها نور خورشید را که به سمت زمین نزدیک می‌شود، منعکس می‌کنند که تأثیر خنک‌کنندگی دارد و همچنین مقداری از تشعشعات ساطع‌شده از سطح زمین را جذب می‌کنند که تأثیر گرمایی به همراه دارد.
میزان بازتاب نور خورشید به مقدار آب مایع نسبت به یخ موجود در یک ابر بستگی دارد. اگر میکروپلاستیک‌ها تعداد ذرات یخ را در ابرها نسبت به قطرات مایع افزایش دهند، این تغییر ممکن است بر تعادل انرژی زمین تأثیر بگذارد.
زمین به طور مداوم انرژی از خورشید دریافت می‌کند و آن را به فضا بازتاب می‌دهد. ابرها در این فرایند دو اثر متفاوت گرم‌کننده و خنک‌کننده دارند.
چگونه آزمایش‌های خود را انجام دادیم؟
برای بررسی این مشکل که آیا میکروپلاستیک‌ها می‌توانند به عنوان هسته‌ای برای قطرات آب عمل کنند، از چهار نوع از متداول‌ترین پلاستیک‌های موجود در جو استفاده کردیم: پلی‌اتیلن با چگالی کم، پلی‌پروپیلن، پلی‌وینیل کلراید و پلی‌اتیلن ترفتالات. این نمونه‌ها هم در حالت سالم و هم پس از قرارگیری در معرض اشعه ماوراء بنفش، ازن و اسید‌ها آزمایش شدند. تمام این عوامل در جوّ وجود دارند و می‌توانند بر ویژگی‌های میکروپلاستیک‌ها تأثیر بگذارند.
ما میکروپلاستیک‌ها را در قطرات آب معلق ساختیم و به آرامی دما را کاهش دادیم تا زمان یخ زدن آنها را مشاهده کنیم. همچنین سطوح این پلاستیک‌ها را برای تجزیه و تحلیل ساختار مولکولی بررسی کردیم، زیرا فرایند هسته‌زایی یخ می‌تواند به شیمی سطح میکروپلاستیک‌ها وابسته باشد.
در بیشتر پلاستیک‌هایی که مطالعه کردیم، ۵۰ درصد از قطرات در دمای منفی ۲۲ درجه سانتی‌گراد یخ زدند. این نتایج با تحقیقات اخیر دانشمندان کانادایی مطابقت دارد که نشان داده‌اند برخی از انواع میکروپلاستیک‌ها در دماهای بالاتر از قطرات بدون میکروپلاستیک‌ها به عنوان هسته‌های یخ عمل می‌کنند.
قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، ازن و اسید‌ها موجب کاهش فعالیت هسته‌زایی یخ بر روی ذرات می‌شود. این امر نشان می‌دهد که هسته‌زایی یخ نسبت به تغییرات شیمیایی جزئی روی سطح ذرات میکروپلاستیک حساس است. با این حال، این پلاستیک‌ها still توانایی ایجاد هسته یخ را دارند، بنابراین هنوز هم ممکن است بر حجم یخ در ابرها تأثیرگذار باشند.
موضوعاتی که همچنان نیاز به بررسی دارند
برای فهم چگونگی تأثیر میکروپلاستیک‌ها بر وضعیت آب و هوا، نیاز به بررسی غلظت آنها در ارتفاعات شکل‌گیری ابرها داریم. همچنین باید غلظت میکروپلاستیک‌ها را نسبت به سایر ذراتی مانند گرد و غبار معدنی و ذرات بیولوژیکی که می‌توانند هسته یخ را ایجاد کنند، مورد بررسی قرار دهیم تا تعیین کنیم آیا میکروپلاستیک‌ها در سطوح مشابهی وجود دارند یا خیر. این اندازه‌گیری‌ها به ما کمک می‌کند تا تأثیر میکروپلاستیک‌ها بر تشکیل ابر را مدل‌سازی کنیم.
اجزای پلاستیکی در ابعاد و ترکیبات مختلف وجود دارند. در تحقیقات آینده، قصد داریم تمرکز خود را بر روی ذرات کوچک‌تر پلاستیکی و پلاستیک‌هایی که شامل مواد افزودنی مانند نرم‌کننده‌ها و رنگ‌دهنده‌ها هستند، معطوف کنیم.